干燥机热耗和生产能力折算方法

热耗和生产能力是粮食千燥机试验的重要指标，但是由于试验时环境条件、根食条件和干燥介质条件的多变性，试验结果往往没有可比性，因此必须将干燥机的性能试验数据折算到一个公认的标准条件才能进行比较和标定。本文以粮食千燥机的试验数据为墓础，参考国内外根食干燥机试验标准，是粮食干燥单位热耗和生产能力折算系数进行了研究和探索;总结了四种折算方法，分析了粮食干燥机在不同的环境和谷物条件下折算系数的计算方法和步骤，阐述了各种方法的优缺点，提出了折算方法的初步的建议，为干燥机试验数据的可比性和完善干燥机试脸标准提供了依据。
我国是世界上最大的粮食生产国，粮食年产总量达5亿吨。每年由刊文获季节天气阴雨以及干燥设备不足而造成粮食的霉变损失高达5%。我国的粮食干燥设备和技术，经过30多年的发展，已具有一定的水平，在农业现代化建设中发挥了重要作用。但是，与我国对干燥设备的需求相比，还存在较大的差距。以水稻烘干为例，日本全国水稻干燥机的保有量已达110万台，稻谷干燥机械化水平达90%以上，而我国机械烘干的稻谷还不到l%，稻谷干燥设备不到1万台。造成上述差距的原因是多方面的，其中粮食干燥技术标准的研究工作落后也是一个重要原因。目前我国仍采用80年代国家标准(如粮食烘干机试验方法，粮食烘干技术条件)，其中的某些条件和指标已不适应当前干燥机发展的需要，例如现有标准中缺乏干燥机生产能力和单位热耗的折算方法，有关干燥品质的指标也还不够完善合理，有些指标未规定统一的测试方法，有些指标比较落后，因而制约了粮食干燥新设备、新工艺的开发、推广和应用。国际上粮食干燥技术标准已经修订了多次，如501巧20一l:1997;农用粮食烘干机烘干性能的测定，如15011520一2:2印l。在这些新的干燥技术标准中都有主要干燥性能参数的折算方法，采用的模型和公式多达数十个〔由于它是一个比较复杂和难解决的问题，在我国粮食干燥技术标准中尚无这方面的规定。
粮食干燥是一个非常复杂的加工过程，影响因素多，干燥条件多变，其中的影响因素有介质参数(如热风温度、热风风量和热风湿度)、粮食参数(如粮食类别、粮食水分、粮食温度和粮食流量)、环境条件(如大气温度和大气湿度)、干燥工艺(如顺流干燥、逆流干燥、横流干燥、混流干燥)以及干燥机的结构参数。一台粮食干燥机可能在很低的环境温度下(零下20℃)工作，也可能在高达30℃的环境条件下工作，其工作条件完全不同，甚至相差甚远二所以必需将测得的性能指标进行折算，折算到一个统一的公认的干燥条件。该项标准的研究制定，需要针对不同环境条件、粮食条件，女[I大气温度、大气相对湿度、粮食初始水分、终了水分、降水幅度、粮食类别、品质、加热方式、热风温度、热风相对湿度、热风量、干燥方式等一系列参数进行大量的试验验证，要形成正式的国家标准难度比较大。最有可能的成果方式是完成研究报告，给出并非完全准确的折算系数，作为指导性技术文件公布试行，然后再进行比较和评价。因此，干燥机生产能力和单位热耗的折算是一个十分重要的标准。单位耗热量和烘干能力是粮食烘干设备的关键指标。对于不同类型或同一类型的粮食烘干设备，当其验收工况条件存在差异时，都必须通过有关折算系数将其折算到标准工况条件下，才能进行单位耗热量和烘干能力的判定、比较。我国尚无统一的烘干单位耗热量与烘干能力折算系数规范。本课题将对折算系数进行研究，研究并制定折算系数的统一国家标准。粮食烘干单位热耗和烘干能力折算一直是困扰对粮食干燥机进行性能评价、鉴定的重要问题;多年来由于研究工作量大和科研经费缺乏，此问题一直没有解决。黑龙江农垦科学院提出了一个解决方法，但由于不能适用于多种干燥工艺和机型以及标准条件和机型选的不够合理而未能成为国家标准。笔者在深入分析和研究国内外现有干燥技术研究成果的基础上，通过试验和理论分析，确定了折算的标准烘干条件，给出了各种烘干机型和不同粮食干燥时的折算系数的计算方法和使用条件。
折算方法
1计算机模拟法
粮食干燥机使用中的一个常见问题是粮食的初水分经常变化，为了达到要求的终水分，需要经常调整粮食流量(生产能力)，为了比较粮食干燥机性能的好坏也需要知道干燥机的生产能力，因此，必须进行折算。我们认为利用计算机模拟方法进行干燥机热耗和生产能力的折算是一种较好而且可行的方法，即建立粮食千燥过程的数学模型，编写干燥模拟程序，在计算机上进行模拟计算，最后得出折算系数。
此法的优J点是通用性好，可以i}·算不同机型(顺流，逆流，横流和混流干燥机)和不1司粮食(玉米，小麦，水稻)的干燥性能和折算系数;!万r对任何干燥条件进行折算，计算速度较快;各种一!几燥工艺都可以使用。
该方法的缺点是模拟方法还不够普及，掌握该方法需要有一定的计算机基础，干燥机使用人员一般没有这种软件，此外，干燥过程的数学模型还不够精确。以后应加强这方面的研究、模拟方法的计算步骤如下:
l)建立干燥过程模型;
2)开发各种粮食干燥工艺的计算机模拟程序;
3)利用模拟程序计算标准条件下干燥机的热耗和生产能力;
4)模拟计算非标准条件下的热耗和生产能力;
5)计算热耗和生产能力折算系数;
6)对干燥机性能进行折算。
2 ISO11520一2国际标准法
150(Intemational Standard Oganization)国际干燥机性能试验标准给出了一种折算方法，它利用4个校正系数K1、K2、K3、K4对试验所得水分蒸发率进行折算。各校正系数的意义如下:
K1——水分校正系数，K1=(8.971一0.05578Td)X.+1.139InTd一4.652
K2——热风温度校正系数，K2=(0.00565-0.000061Td)+0.000915Td+0.915
K3——空气湿度校正系数，K3=1.0175一0.01072(l一Φ)
K4——风量校正系数，K4=(0.022Td一3.445)a/V一0.271InTd+2.608
3黑龙江省级标准
黑龙江省农垦科学院农业机械鉴定总站于1989年提出了一种粮食干燥单位热耗和生产能力
折算方法，标准条件为降水幅度5%(20%~巧%)、热风温度93℃、环境温度20℃、环境相对湿度为60%，折算方法比较简单易行。它的主要缺点是只适用于横流式粮食干燥机和玉米小麦的烘干，有些系数的选择缺乏依据。此外，它还考虑了热风炉间接加热和油炉直接加热及冷却段的影响。具体计算方法如下:
单位热耗的折算
标准条件下谷物干燥机的单位热耗量按下式计算:
Qrb=Qr/(K0*K1)
式中Qrb一标准条件下的单位热耗，MJ/kg Qr一试验时的实测热耗，MJ八g; K。一大气条件折算系数，可根据大气温度和相对湿度查表求出，见“粮食干燥单位热耗及生产能力折算系数”标准;K1一粮食条件折算系数，在相同的环境条件下，根据粮食的初水分和终水分查表求出。
4数据表法
通过热力计算，把各种条件下参数变化时的折算系数列成表格，再用插入法折算，标准给出两种表格，一种是大气条件折算表，另一种是粮食条件折算表，从表中查出两个系数后，其乘积即为总折算系数。
本文在深入分析和研究国内外现有研究成果的基础上，分析和探讨了折算的标准条件，给出了各种烘干机型和不同粮食干燥工艺的折算系数的计算方法和使用条件 [1]  。
条件
为了对比粮食干燥机在不同干燥条件下的性能，必须确定一个公认的标准条件;在非标准条件下进行干燥作业或试验时必须将干燥过程测得的数据都换算到标准条件，然后才能进行干燥性能的比较。所谓标准条件，一般包括降水幅度、环境温度、环境湿度、热风温度和干燥机类型等。不同国家制定的标准条件是不同的(见表1)。英国小麦干燥时的标准条件定为初水分20%、终水分巧%、环境温度20℃、环境湿度为80%。我国黑龙江省规定
干燥玉米的标准条件为降水幅度5%(20%一巧%)、热风温度90℃、环境温度20℃、环境相对湿度为60%。法国对不同季节规定了不同的标准条件。俄罗斯规定降水幅度6%、环境温度ro℃。我国尚无粮食干机性能折算的国家标准。有些单位正在对它进行研究，不久可能会发布并列人国家标准。
折算系数
不同的粮食类别如玉米、小麦、稻谷其干燥特性是不同的，例如平衡含水率、薄层干燥方程、比热、汽化潜热、对气流的阻力、体积密度等等，折算时必须考虑各种粮食的干燥能力折算系数。
影响
利用数学模拟可以很容易求出各种干燥机在不同条件下(顺流、逆流、横流、混流)的性能，因而也就比较容易计算出折算系数。具体方法可参阅《农产品干燥工艺过程的计算机模拟》一书
热风风量
由于温度变化而引起风速变化，因此还必须同时考虑风速(风量与温度)的折算系数。
建议
(1)加强国际干燥标准的研学。为了向国际干燥技术标准靠拢，必需应用现代信息技术和计算机模拟方法，对国际150干燥技术标准已有的一系列计算模型进行干燥条件折算。由于数学模型比较复杂，而且没有任何解释和说明，有许多方程的系数选取还需进行探讨和分析，否则很难推广应用。为此需要对国外有关粮食干燥标准方面的资料进行翻译、整理、分析和应用。
(2)获取必要的试验数据。为了验证折算方法的合理性和正确性，必需对折算结果进行验证，这就需要一定的试验条件和设备以进行试验验证，同时也需要检索查寻大量文献资料。
(3)对四种折算方法进行对比分析。在不同的环境和粮食条件下对上述四种不同的折算方法进行比较和验证，找出折算中的问题，提出折算标准初稿。